[发明专利]防止视频压缩系统解码器缓存器上下溢的方法、速率控制器和系统

说明书

本发明涉及视频压缩领域，具体涉及控制用于存储已压缩的视频数据的解码器缓存器。

众所周知，视频系统包括多个通信装置和多个通信信道，这些通信信道为通信装置提供通信媒体。例如，通信信道可以是有线连接或射频(RF)载频。为了提高视频系统的效率，要对那些需要通过通信媒体传送的视频进行数字压缩。数字压缩在保持该视频的感觉质量的同时，降低了代表该视频的比特数。降低比特数允许更有效地利用信道带宽和减少存储要求。为了实现数字视频压缩，每个通信装置可以含有一个编码器和一个解码器。编码器允许通信装置在视频通过通信信道传送前压缩视频。解码器使通信装置能从通信信道中接收经压缩的视频并处理它。采用数字视频压缩的通信装置含有高清晰度电视发射机和接收机、有线电视发射机和接收机、可视电话机、计算机和便携无线电设备。

业已提出了一些数字视频压缩的标准，包括国际电信联盟ITU-T建议H·261、国际标准化组织/国际电子技术委员会ISO/IEC11172-2、国际标准MPEG-1和即将出版的ISO/IEC13818-2标准MPEG-2。这些标准规定了解码器必须解码的比特流的语法，提出了解码器的要求。虽然这允许在制造编码器时有某些灵活性，但编码器必须能够产生满足规定语法的比特流。

为了使可用信道带宽的利用率最大化和视频质量最高化，编码器力求使其产生的比特数与可用信道带宽相匹配。这通常是通过选择一个目标的比特数来代表视频帧或图像来实现的。目标比特数称为“目标比特分配量”。目标比特分配量根据图像的类型和其它考虑的因素对于每种图像是不同。对于编码器在产生比特的另一个考虑是该系统中任何缓存器的能力问题。通常，由于编码器和解码器的比特速率不恒定，故在信道的两端需放置缓存器，一个位于信道之前在编码器之后，另一个在信道之后在解码器之前。缓存器吸收比特速率的波动。编码器经常必须保证编码器和解码器的缓存器不致因为产生比特流而上溢或下溢。

通常是而且特别是在提出视频压缩标准的情况下，不止一种图像类型用于编码图像。例如，MPEG采用内编码图像、预测图像和双向预测图像。内编码图像仅利用当前图像本身内含的信息来编码。预测图像利用当前图像和一个先前编码的图像作为一种基准来对当前图像编码。通过利用先前的编码图像作为基准，由于只有当前图像和先前已编码图像的不同部分需要编码，故通常是较少的比特被产生。类似地，双向编码图像可以除了使用当前图像以外还使用以后和/或先前编码的图像作为一种基准来编码当前图像。不同的图像类型固有地产生变化的比特数。由于内编码图像在形成当前图像时不使用基准图像，故它们使用比双向编码图像多些的比特。还有，预测图像通常产生比双向预测编码图像多些的比特，但比内编码图像产生少些的比特。因为不同的图像固有地要求使用多些或少些的比特数，故不同的图像类型编码器速率和信道速率相匹配问题增加了复杂性。另外，使用不同的图像类型的还增加了控制在系统中驻存的任意缓存器的上溢和下溢的复杂性。

据此，现在需要有一种防止视频压缩系统的解码器缓存器上溢和下溢并保持可视质量的方法和装置。

图1示出根据本发明的一种用以防止视频压缩系统的解码器缓存器上溢和下溢的方法的步骤的一个实施例的流程图。

图2示出根据本发明表示解码器缓存器丰满度的图示。

图3示出一种根据本发明含有用于防止视频压缩系统的解码器缓存器上溢和下溢的速率控制器的视频压缩系统方框图。

本发明涉及防止视频压缩系统的解码器缓存器上溢和下溢的方法、速率控制器和系统。首先，从一个编码器接收多个已量化的视频比特，这多个已量化的视频比特对应于一种视频帧的类型。然后，在速率控制器中建立一个虚拟缓存器，根据该已量化的视频比特来模拟一个解码器缓存器的丰满度，以产生一个虚拟缓存器丰满度。一个量化步长估算值是在速率控制器中至少根据一个第一预定的目标比特分配量、视频帧类型和虚拟缓存器丰满度来确定的，量化步长估算值将防止解码器缓存器上溢和下溢。

本发明应用的压缩算法针对不同统计特性的不同类型的图像。为了使编码图像的总质量最高化，要预先确定编码不同类型图像的目标比特数。根据图像类型和其它考虑，该比特数实际上对于不同图像是不同的。为了获得好的编码图像质量，所产生的比特数须保持接近目标比特分配量。

在编码期间，一个视频图像被划分为连续的块。例如，按照MPEG-1和MPEG-2，每个块由像素组成。当每个块被编码时，所产生的比特数在虚拟缓存器中被列表，而且该比特流入编码器缓存器。接着，编码器缓存器将比特通过一个信道输出到解码器缓存器。